CZ304836B6 - Device with acoustically stabilized electric discharge - Google Patents
Device with acoustically stabilized electric discharge Download PDFInfo
- Publication number
- CZ304836B6 CZ304836B6 CZ2013-736A CZ2013736A CZ304836B6 CZ 304836 B6 CZ304836 B6 CZ 304836B6 CZ 2013736 A CZ2013736 A CZ 2013736A CZ 304836 B6 CZ304836 B6 CZ 304836B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- electrode
- discharge chamber
- discharge
- knife
- acoustic
- Prior art date
Links
Landscapes
- Electrostatic, Electromagnetic, Magneto- Strictive, And Variable-Resistance Transducers (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Description
Předkládané řešení se týká zařízení, ve kterém dochází ke stabilizaci a ke zvětšení objemu elektrického výboje v akustické stojaté vlně za atmosférického tlaku. Zařízení je určeno pro zvýšení účinnosti plasma-chemických reakcí probíhajících v řadě environmentálních aplikací např. dekompozici těkavých organických sloučenin a generaci ozónu.The present invention relates to a device in which the volume of an electric discharge in an acoustic standing wave at atmospheric pressure is stabilized and increased. The device is designed to increase the efficiency of plasma-chemical reactions taking place in a number of environmental applications such as decomposition of volatile organic compounds and ozone generation.
Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
Environmentální aplikace např. generace ozónu, rozklad oxidů dusíku případně dekompozice těkavých uhlovodíků jsou založeny na využití chemických reakcí. Reakční rychlosti těchto reakcí závisí na teplotě, koncentraci a míšení reakčních komponent, přítomností katalyzátorů a tlaku. Kromě toho lze reakční rychlosti ovlivnit ionizací komponent do reakcí vstupujících. Ionizace lze nejjednodušeji dosáhnout elektrickými výboji, do kterých se komponenty/reagenty přivedou.Environmental applications such as ozone generation, decomposition of nitrogen oxides or decomposition of volatile hydrocarbons are based on the use of chemical reactions. The reaction rates of these reactions depend on the temperature, concentration and mixing of the reaction components, the presence of catalysts and pressure. In addition, the reaction rates can be influenced by ionizing the components into the incoming reactions. Ionization is most easily achieved by the electrical discharges into which the components / reagents are fed.
Pro praktické aplikace je vhodné výboj provozovat v co největších objemech při dosažení maximální dodané energie, čehož lze dosáhnout použitím víceelektrodových výbojů. S tím souvisí otázka řešení termální stability výboje. K udržení vhodné teploty výboje a výbojových elektrod se často používá chlazení proudícím plynem. Chladicí plyn však ředí plyn zpracovávaný a zkracuje dobu, kterou mohou reaktanty v oblasti výboje strávit, čímž dochází k poklesu účinnosti uvedených procesů.For practical applications, it is advisable to operate the discharge in as large a volume as possible to achieve maximum delivered energy, which can be achieved by using multiple electrode discharges. Related to this is the issue of thermal discharge stability. Gas flow cooling is often used to maintain a suitable discharge temperature and discharge electrodes. However, the cooling gas dilutes the gas to be treated and reduces the time that the reactants in the discharge area can spend, thereby reducing the efficiency of the processes.
Je známé řešení podle patentu CZ 295 687, kde se výkonovým ultrazvukem buzeným pistovým měničem podstatně zvyšuje generace ozónu elektrickým výbojem, který hoří mezi jehlou/tryskou a kmitající rovinou ultrazvukového měniče a dochází k částečnému chlazení a stabilizaci výboje. Podstatnou nevýhodou je nutnost použití nákladného ultrazvukového generátoru a nízká účinnost přenosu ultrazvuku z měniče do vzduchu.A solution is known according to the patent CZ 295 687, in which the generation of ozone by electric discharge which burns between the needle / nozzle and the oscillating plane of the ultrasonic transducer substantially increases the power of the ultrasonic excited piston transducer and partially cools and stabilizes the discharge. A major disadvantage is the need for a costly ultrasonic generator and the low efficiency of ultrasonic transmission from the transducer to the air.
Pro zvětšení objemu výboje se nejčastěji používá víceelektrodové uspořádání, například soustava elektrod/jehel připojených k jednomu pólu zdroje napětí proti vodivé rovině spojené s opačným pólem. Nevýhodou je, že každá z elektrod/jehel musí mít svůj předřadný odpor, abychom alespoň částečně vyloučili hoření výboje pouze zjedné jehly, jak by tomu bylo, kdyby všechny jehly byly na stejném potenciálu. To značně komplikuje konstrukci zařízení zejména z hlediska elektrické izolace přívodů k jednotlivým elektrodám a z hlediska velkých rozměrů předřadných vysokonapěťových odporů.To increase the discharge volume, a multi-electrode arrangement is most commonly used, for example a set of electrodes / needles connected to one pole of a voltage source against a conductive plane associated with the opposite pole. The disadvantage is that each of the electrodes / needles must have their own resistor to at least partially eliminate the discharge of only one needle, as would be the case if all the needles were at the same potential. This considerably complicates the design of the device, particularly in terms of the electrical insulation of the leads to the individual electrodes and in view of the large dimensions of the series high-voltage resistors.
Objem výboje zjedné jehly lze rozšířit vhodnou aplikací akustických vln. Je známo například rozšíření výboje typu vícejehlová elektroda - rovinná elektroda při umístění jehel do uzlu akustického tlaku a zároveň do roviny kolmé k tomuto uzlu v akustickém rezonátoru, jak je uvedeno v patentu CZ301 823. Toto uspořádání je tvořeno komorou realizovanou elektricky nevodivou trubicí, zdrojem akustických vln, a pohyblivým reflektorem. Ve vzdálenosti jedné čtvrtiny vlnové délky akustického vlnění, λ/4, od reflektoru, tedy v uzlu akustického tlaku, je umístěn systém elektrod pro vytvoření výbojů, sestávající z uzemněné rovinné vodivé elektrody, například tvořené terčem o takovém průměru, aby se vzhledem k rozšíření výboje choval jako rovinná elektroda, a z druhé elektrody, tvořené řadou jehlových elektrod od terče přibližně stejně vzdálených, které mohou být na kladném nebo na záporném potenciálu vůči elektrodě rovinné. Elektrody jsou uspořádány symetricky v řadě, v rovině kolmé k rovině uzlu akustického tlaku. Jehly jsou společně připojeny ke zdroji vysokého napětí přes jediný společný předřadný odpor. Zpracovávaný plyn je vhodné přivádět do výbojového prostoru a jímat otvorem v reflektoru. V tomto provedení popisovaná rovinná elektroda neumožňuje symetrické a vydatné zaplnění vnitřního prostoru zejména u válcových rezonátorů.The discharge volume of a single needle can be expanded by suitably applying acoustic waves. For example, it is known to extend a multi-needle electrode-plane electrode discharge when the needles are placed in the acoustic pressure node and at a plane perpendicular to the node in the acoustic resonator, as disclosed in CZ301 823. waves, and moving reflector. At a distance of one quarter of the wavelength of the acoustic wave, λ / 4, from the reflector, i.e. the acoustic pressure node, there is a discharge electrode system consisting of a grounded conductive electrode, for example a target with a diameter such that and a second electrode consisting of a plurality of needle electrodes approximately equidistant from the target, which may be planar at the positive or negative potential with respect to the electrode. The electrodes are arranged symmetrically in a row, in a plane perpendicular to the plane of the sound pressure node. The needles are connected together to a high voltage source via a single common series resistor. It is advisable to feed the gas to be discharged into the discharge space and to collect it through an opening in the reflector. In this embodiment, the described planar electrode does not allow a symmetrical and abundant filling of the interior space, especially with cylindrical resonators.
- 1 CZ 304836 B6- 1 GB 304836 B6
Konstrukce rezonátoru kde výboj hoří mezi vícejehlovými elektrodami ve vzdálenosti λ/4 od posuvného reflektoru a drátovou elektrodou v ose rezonátoru je popsána v patentu CZ 303 615. Ve výhodném provedení, kdy jsou vícejehlové elektrody umístěné kolem obvodu válcového rezonátoru symetricky křovině uzlu akustického tlaku, dochází kvelmi intenzivnímu zaplnění objemu válcového rezonátoru výbojem. Nevýhodou je, že mezi hroty jehlových elektrod, ze kterých výboj hoří, existuje prostor bez výboje. Další nevýhodou je, že veškerý výbojový proud prochází hroty jehlových elektrod, které jsou vystaveny velkým proudovým hustotám.The construction of a resonator where the discharge burns between the multi-needle electrodes at a distance of λ / 4 from the sliding reflector and the wire electrode in the resonator axis is described in CZ 303 615. In a preferred embodiment, the multi-needle electrodes are positioned around the circumference due to the vigorous discharge of the cylindrical resonator volume. The disadvantage is that there is no discharge area between the electrode tips from which the discharge burns. Another disadvantage is that all of the discharge current passes through the tips of the needle electrodes, which are exposed to high current densities.
Konstrukce rezonátoru kde jehlové elektrody byly nahrazeny elektrodou nožovou a výboj hoří mezi touto elektrodou a elektrodou drátovou je popsána v užitném vzoru CZ 24 158. Výhodou je, že proudová hustota výboje je rovnoměrně rozprostřena po nožové elektrodě a je možno uspořádání využít pro výboje s větším výkonem.The design of the resonator where the needle electrodes have been replaced by a knife electrode and the discharge burns between this electrode and the wire electrode is described in utility model CZ 24 158. The advantage is that the current density of the discharge is evenly distributed over the knife electrode. .
Hlavní nevýhodou všech dosud popsaných konstrukcí je, že k dosažení velkých akustických výchylek prostředí, respektive vysokých akustických rychlostí v prostoru výbojových elektrod nutných k rozprostření a stabilizaci výboje je nutné v každém rezonátoru vybudit velké akustické tlaky dosahující několika tisíc Pa. Rezonátory jsou tedy zdrojem intenzivního hluku, který se zejména u rezonátorů pro nízké frekvence obtížně a neekonomicky odstraňuje. Rozměry akustických rezonátorů z důvodu splnění rezonančních podmínek jsou také velké, obvykle jedna polovina délky vlny.The main disadvantage of all the structures described so far is that in order to achieve large acoustic variations of the environment or high acoustic velocities in the discharge electrode space necessary for spreading and stabilizing the discharge, it is necessary to build up large acoustic pressures of several thousand Pa in each resonator. Resonators are therefore a source of intense noise, which is difficult and uneconomical to eliminate, especially for low frequency resonators. The dimensions of acoustic resonators to meet the resonance conditions are also large, usually one-half the wavelength.
Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION
Výše uvedené nedostatky odstraňuje zařízení s akusticky stabilizovaným elektrickým výbojem podle předkládaného uspořádání. Toto zařízení je tvořeno válcovou výbojovou komorou s přívodem a odvodem zpracovávaného plynu. Ve výbojové komoře je umístěna uzemněná vodivá drátová elektroda, která je spojená s jedním potenciálem, a druhá elektroda, která je spojená s opačným potenciálem a jejíž střed je umístěn ve středu výbojové komory, tedy v uzlu akustického tlaku. Uzemněná vodivá drátová elektroda je elektricky spojená se zemním vodičem vně výbojové komory a je tvořena vodičem kruhového průřezu umístěným rovnoběžně s podélnou osou válcové výbojové komory. Střed drátové uzemněné vodivé elektrody leží proti středu druhé elektrody. Délka kruhového vodiče je větší než dvojnásobek délky druhé elektrody a jeho průměr je alespoň desetkrát menší než vnitřní průměr válcové výbojové komory. Druhá elektroda je elektricky propojená přes odpor s vysokonapěťovým zdrojem. Podstatnou nového řešení je, že do výbojové komory je z jedné strany zaústěn první akustický vlnovod, který je přes první reduktor průřezu připojen k prvnímu elektroakustickému měniči, a z druhé strany je do výbojové komory zaústěn druhý akustický vlnovod, který je přes druhý reduktor průřezu připojen k druhému elektroakustickému měniči. První a druhý elektroakustický měnič jsou umístěny ve společné skříni měničů a jsou zapojeny v protifázi přes zesilovač s výstupem generátoru. Druhá elektroda je nožová elektroda a je situována symetricky naproti středu uzemněné vodivé drátové elektrody. Její ostří je umístěno v rovině, která prochází podélnou osou válcové komory, tedy v rovině kolmé k rovině uzlu akustického tlaku. Délka ostří je menší než dvojnásobek akustické výchylky vytvořené akustickou vlnou.The above drawbacks are overcome by an acoustically stabilized electrical discharge device according to the present arrangement. This device consists of a cylindrical discharge chamber with inlet and outlet of the treated gas. In the discharge chamber there is a grounded conductive wire electrode which is connected to one potential and a second electrode which is connected to the opposite potential and whose center is located in the center of the discharge chamber, that is to say in the sound pressure node. The grounded conductive wire electrode is electrically connected to a ground conductor outside the discharge chamber and is formed by a circular cross-sectional conductor positioned parallel to the longitudinal axis of the cylindrical discharge chamber. The center of the wire grounded conductive electrode lies opposite the center of the second electrode. The length of the round conductor is greater than twice the length of the second electrode and its diameter is at least ten times smaller than the inner diameter of the cylindrical discharge chamber. The second electrode is electrically connected via a resistor to a high voltage source. An essential new solution is that the discharge chamber is connected to the first acoustic waveguide, which is connected to the first electroacoustic transducer via the first cross-section reducer, and from the other side, the second acoustic waveguide is connected to the discharge chamber. a second electroacoustic transducer. The first and second electroacoustic transducers are housed in a common transducer housing and are connected in phase via an amplifier with a generator output. The second electrode is a knife electrode and is situated symmetrically opposite the center of a grounded conductive wire electrode. Its cutting edge is located in a plane that passes through the longitudinal axis of the cylindrical chamber, that is, in a plane perpendicular to the plane of the acoustic pressure node. The blade length is less than twice the acoustic displacement produced by the acoustic wave.
Ve výhodném provedení je vodič kruhového průřezu umístěn v podélné ose válcové výbojové komory, tedy v místě stejně vzdáleného od nožových elektrod.In a preferred embodiment, the circular cross-sectional conductor is located in the longitudinal axis of the cylindrical discharge chamber, i.e. at a location equidistant from the knife electrodes.
V dalším provedení lze kolem vnitřního obvodu válcové výbojové komory, symetricky k rovině uzlu akustického tlaku, umístit libovolný počet dalších nožových druhých elektrod. Jejich ostří mají stejnou vzdálenost k uzemněné vodivé drátové elektrodě. Každá tato další nožová druhá elektroda je spojena s vysokonapěťovým zdrojem přes individuální odpor.In another embodiment, any number of other knife second electrodes may be positioned around the inner periphery of the cylindrical discharge chamber symmetrically to the plane of the acoustic pressure node. Their blades are equidistant from the grounded conductive wire electrode. Each of these other knife second electrodes is connected to the high voltage source via an individual resistance.
-2CZ 304836 B6-2GB 304836 B6
Za účelem oddělení systému elektroakustických měničů od výbojové komory lze mezi první elektroakustický měnič a první reduktor průřezu a současně i mezi druhý elektroakustický měnič a druhý reduktor průřezu umístit pružnou membránu.In order to separate the electroacoustic transducer system from the discharge chamber, a resilient diaphragm may be positioned between the first electroacoustic transducer and the first cross-section reducer, and also between the second electroacoustic transducer and the second cross-section reducer.
Velmi výhodné je, že akustické vlnění tohoto uspořádání stabilizuje výboje tak, že hoří rovnoměrné po celé délce ostří nožové elektrody, zároveň chladí ostří výbojové elektrody a neředí zpracovávaný plyn oproti řešení předloženému např. v JP 57192721 (A)—1982—11—26. Rovněž tak je při použití akustického vlnění s alternujícím pohybem plynu výhodné, že nedochází k odtlačení výboje k jednomu konci nožové elektrody tak, jak by to bylo v případě jednosměrného proudění plynu.It is very advantageous that the acoustic wave of this arrangement stabilizes the discharges so that they burn uniformly over the entire length of the knife electrode blade, while cooling the discharge electrode blade and not diluting the process gas compared to the solution presented in JP 57192721 (A) -1982-11-11. Also, when using acoustic waves with alternating gas movement, it is advantageous that the discharge does not push to one end of the knife electrode, as would be the case with unidirectional gas flow.
Kombinací použití vhodně uspořádaných stojatých akustických vln ve výbojové komoře a elektrického výboje mezi elektrodami situovanými dle shora uvedeného popisu lze takto dosáhnout synergického jevu chlazení a míchání reagentů při plasmachemických reakcích spojeného se stabilizací a objemovým zvětšením výboje, který přináší nové perspektivy pro řadu výše uvedených praktických aplikací a řeší výše zmíněné nedostatky.By combining the use of suitably arranged standing acoustic waves in the discharge chamber and the electrical discharge between the electrodes situated as described above, a synergistic phenomenon of reagent cooling and mixing during plasmachemic reactions coupled with stabilization and volumetric discharge magnification can be achieved, bringing new perspectives for many of the above practical applications and addresses the above shortcomings.
Mechanismus stabilizace výboje spočívá v homogenizaci prostředí výbojového prostoru akustickou vlnou. Podílí se na ní jak akustická výchylka, tak akustická rychlost, kterou jsou částice prostředí posouvány s periodou akustické vlny napříč rovině uzlu akustického tlaku, tak změny tlaku projevující se periodicky měnícím se zředěním a zhuštěním anti-symetricky v obou poloprostorech položených vůči rovině uzlu, ve které se zachovává atmosférický tlak. K rozšíření výboje dochází převážně v rovině nožové elektrody. Ionizované prostředí, ve kterém proběhne první výboj je akusticky posouváno po ostří nožové elektrody, výboj se rozšiřuje a dochází ke stabilizaci výbojů po celé délce ostří.The mechanism of stabilization of the discharge consists in homogenizing the environment of the discharge space by an acoustic wave. It involves both the acoustic displacement and the acoustic velocity at which the environmental particles move with the acoustic wave period across the plane of the node of the acoustic pressure, and the pressure changes manifested by periodically varying dilution and densification anti-symmetrically in both halfspaces which maintains atmospheric pressure. The discharge spreads mainly in the plane of the knife electrode. The ionized environment in which the first discharge takes place is acoustically moved along the cutting edge of the knife electrode, the discharge expands and stabilizes the discharges along the entire length of the blade.
Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Příklad uspořádání zařízení s akustickou stabilizací výboje se zápornou nožovou elektrodou a uzemněnou drátovou elektrodou v ose rezonátoru je schematicky naznačen na obr. 1. V obr. 2 jsou ukázány snímky výbojů mezi ostřím nožové elektrody a drátovou elektrodou umístěnou rovnoběžně s osou rezonátoru v závislosti na akustické rychlosti při frekvenci 50 Hz a maximálním stejnosměrném napětí zdroje 25 kV na nožové elektrodě. Z důvodu lepší reprodukovatelnosti jsou snímky v inverzním provedení, tedy výboje se zobrazily jako tmavé čáry mezi světlými plochami elektrod.An exemplary arrangement of an acoustic discharge stabilization device with a negative knife electrode and a grounded wire electrode in the resonator axis is schematically indicated in Fig. 1. Fig. 2 shows images of discharges between the knife electrode blade and a wire electrode positioned parallel to the resonator axis as a function of acoustic speed at a frequency of 50 Hz and a maximum DC voltage of the source of 25 kV at the electrode. For better reproducibility, the images are inverted, so discharges have appeared as dark lines between bright electrode surfaces.
Příklady provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Uspořádání na Obr. 1 je tvořeno válcovou výbojovou komorou 1 realizovanou elektricky nevodivou trubicí, do kteréje z jedné strany zaústěn první akustický vlnovod 6, kterýje přes první reduktor 8 průřezu připojen k prvnímu elektroakustickému měniči 4 a symetricky kněmu, je z druhé strany do výbojové komory i zaústěn druhý akustický vlnovod 7, který je přes druhý reduktor 9 průřezu připojen k druhému elektroakustickému měniči 5.The arrangement of FIG. 1 is formed by a cylindrical discharge chamber 1 realized by an electrically nonconductive tube, into which a first acoustic waveguide 6 is connected from one side and connected to the first electroacoustic transducer 4 via a first cross-section reducer 8 and symmetrically thereto. a waveguide 7 which is connected to a second electroacoustic transducer 5 via a second cross-section reducer 9.
Uprostřed výbojové komory i je umístěn střed uzemněné vodivé drátové elektrody 10, dále jen drátová elektroda 10, která je spojená vně výbojové komory 1 se zemním potenciálem. Tato drátová elektroda 10 kolmo vybíhá z roviny uzlu akustického tlaku rovnoběžně s osou válcové výbojové komory i. Drátová elektroda 10 je tvořena vodičem kruhového průřezu. Drátovou elektrodou 10 zde je míněná její aktivní část ležící rovnoběžně s podélnou osou válcové výbojové komory L Střed této aktivní části, tedy střed drátové elektrody 10, leží proti středu druhé, nožové elektrody 11. Části drátové elektrody 10, které jsou kolmé k podélné ose válcové výbojové komory i plní pouze funkci vyvedení elektrody zvnitřku výbojové komory I a její mechanickou fixaci. Délka vodiče drátové elektrody 10 v podélné ose válcové výbojové komory 1 je větší nežIn the center of the discharge chamber 1 is located the center of the grounded conductive wire electrode 10, hereinafter referred to as the wire electrode 10, which is connected outside the discharge chamber 1 to ground potential. This wire electrode 10 extends perpendicularly from the plane of the acoustic pressure node parallel to the axis of the cylindrical discharge chamber 1. The wire electrode 10 is formed by a conductor of circular cross section. By the wire electrode 10 is meant its active part lying parallel to the longitudinal axis of the cylindrical discharge chamber 1. The center of the active part, i.e. the center of the wire electrode 10, is opposite the center of the second, knife electrode 11. Portions of the wire electrode 10 perpendicular to the longitudinal axis The discharge chamber 1 only fulfills the function of conducting the electrode from the inside of the discharge chamber I and its mechanical fixation. The wire length of the wire electrode 10 in the longitudinal axis of the cylindrical discharge chamber 1 is greater than
-3 CZ 304836 B6 dvojnásobek délky nožové elektrody ii a jeho průměr je alespoň desetkrát menší než vnitřní průměr válcové výbojové komory i. To znamená, že drátová elektroda J_0 má mít co nejmenší průměr, aby co nejméně ovlivňovala akustickou vlnu šířící se ve výbojové komoře i a vyhovovala požadavkům na proudovou hustotu vytvářenou výboji.This means that the wire electrode 10 should be as small as possible to minimize the impact of the acoustic wave propagating in the discharge chamber ia. complies with the discharge current density requirements.
Nožová elektroda 11 je situována souběžně s osou výbojové komory i a symetricky vůči středu drátové elektrody 10. Její ostří má délku menší než dvojnásobek akustické výchylky vytvořené akustickou vlnou. Obě elektrody, drátová elektroda JO i nožová elektroda J_i, jsou tedy v rovině, která prochází osou válcové komory i, tedy v rovině kolmé k rovině uzlu akustického tlaku. Ostří nožové elektrody 11 má od drátové elektrody 10 stejnou vzdálenost a může být vůči ní na kladném nebo na záporném potenciálu, vždy ale na opačném potenciálu. Nožová elektroda ϋ je elektricky vodivě připojena přes odpor 12 s vysokonapěťovým zdrojem 13. Vstup a výstup zpracovávaného plynu jsou tvořeny přívodem 2 a odvodem 3, které jsou do prostoru výbojové komory i vyústěny poblíž drátové elektrody 10 a nožové elektrody J_LThe knife electrode 11 is situated parallel to the axis of the discharge chamber 1 and symmetrically with respect to the center of the wire electrode 10. Its cutting edge has a length less than twice the acoustic displacement produced by the acoustic wave. The two electrodes, the wire electrode 10 and the knife electrode 11, are therefore in a plane that extends through the axis of the cylindrical chamber 1, i.e. in a plane perpendicular to the plane of the acoustic pressure node. The cutting edge of the knife electrode 11 is equidistant from the wire electrode 10 and can be at a positive or negative potential, but always at the opposite potential. The cutter electrode ϋ is electrically conductively connected via a resistor 12 with a high voltage source 13. The inlet and outlet of the gas to be processed are formed by an inlet 2 and an outlet 3, which extend into the discharge chamber 1 near the wire electrode 10 and the knife electrode 11.
Podstata činnosti uvedeného uspořádání spočívá v tom, že elektrický výboj, vzniklý důsledkem vysokého napětí přivedeného přes odpor 12 ze svorky vysokonapěťového zdroje 13 k nožové elektrodě 11 a hořící mezi ostřím nožové elektrody 11 a drátovou elektrodou 10, je akustickou vlnou termálně akusticky chlazen. Prostředí, v němž elektrický výboj hoří, je homogenizováno unášením ionizovaných i neutrálních částic prostředí akustickou vlnou s rychlostí, která má ve směru kolmém k rovině uzlu akustického tlaku největší velikost a v každé půlperiodě mění svůj směr ve směr opačný. Zároveň gradient akustického tlaku ve směru kolmém k rovině uzlu periodicky mění svou velikost a směr. Dráha výboje je tak na základě Meeksova kritéria posouvána do oblastí s nižším výsledným tlakem. Dochází tak k synergii účinků dvou fyzikálních veličin na výboj - akustické rychlosti a akustického tlaku. Stojatá akustická vlna je v prostoru výbojové komory 1 vytvořena elektroakustickými měniči 4 a 5, například reproduktory.The principle of operation of this arrangement is that the electric discharge caused by the high voltage applied through the resistor 12 from the terminal of the high voltage source 13 to the knife electrode 11 and burning between the knife electrode blade 11 and the wire electrode 10 is thermally acoustically cooled. The environment in which the electric discharge burns is homogenized by entraining both ionized and neutral particles of the environment with an acoustic wave at a velocity that is the largest in the direction perpendicular to the plane of the acoustic pressure node and changes its direction in the opposite direction. At the same time, the acoustic pressure gradient in the direction perpendicular to the node plane periodically changes its size and direction. The discharge path is thus shifted to areas with lower resulting pressure based on the Meeks criterion. There is a synergy of the effects of two physical quantities on the discharge - acoustic velocity and acoustic pressure. The standing acoustic wave is formed in the space of the discharge chamber 1 by electroacoustic transducers 4 and 5, for example speakers.
Mezi první elektroakustický měnič 4 a první detektor 8 průřezu a současně i mezi druhý elektroakustický měnič 5 a druhý reduktor 9 průřezu lze umístit pružnou membránu pro oddělení systému elektroakustických měničů do výbojové komory 1, například při rozkladu vlhkých či horkých plynů.A flexible diaphragm may be placed between the first acoustic transducer 4 and the first cross-section detector 8 and at the same time between the second acoustic transducer 5 and the second cross-section reducer 9 to separate the acoustic transducer system into the discharge chamber 1, for example.
Na obr. 2 jsou uvedeny snímky výbojů v inverzním provedení mezi zápornou nožovou elektrodou 11 a drátovou elektrodou 10 ve výbojové komoře 1 v závislosti na změně akustické rychlosti vlny při frekvenci 50 Hz a konstantním stejnosměrném napětí do 20 kV. Na obr. 2a je situace bez působení akustické vlny kdy výboj hoří jen z jednoho místa nožové elektrody 11 při hodnotách Uo—3,9 kV a /d=1,7 mA, kde f/D je stejnosměrné napětí mezi nožovou elektrodou JT a drátovou elektrodou JO a /D je stejnosměrný proud výbojem. Na obr. 2b je zobrazen streamerový výboj při působení akustické vlny s rychlostí 25 m/s, Ud - -8,4 kV a /d=33 mA, kde Ud je efektivní hodnota napětí mezi nožovou elektrodou 11 a drátovou elektrodou 10 a /D je efektivní hodnota proudu výbojem. Na obr. 2c je zobrazen výboj typu „glow“ při působení akustické vlny s rychlostí 7 m/s, Ud —5 kV a Id=3 mA, kde Ud je efektivní hodnota napětí mezi nožovou elektrodou JT a drátovou elektrodou 10 a /oje efektivní hodnota proudu výbojem.Fig. 2 shows the images of the inverse discharges between the negative electrode 11 and the wire electrode 10 in the discharge chamber 1 as a function of the change in the acoustic wave velocity at 50 Hz and a constant DC voltage of up to 20 kV. Fig. 2a shows no acoustic wave situation where the discharge burns only from one point of the knife electrode 11 at U values of -3.9 kV and / d = 1.7 mA, where f / D is the DC voltage between the knife electrode JT and the wire electrode JO and / D is a direct current discharge. Figure 2b shows a 25m / s acoustic wave streamer discharge, Ud - -8.4 kV and / d = 33 mA, where Ud is the rms voltage value between the blade electrode 11 and the wire electrode 10 a / D is the effective value of the discharge current. Fig. 2c shows a glow discharge at 7 m / s, Ud-5 kV and Id = 3 mA, where Ud is the effective value of the voltage between the JT electrode and the wire electrode 10 a / o is effective discharge current value.
Je vidět, že bez působení akustického pole se výboj uzavírá pouze z jednoho místa ostří nožové elektrody 11, které má vůči společné drátové elektrodě 10 nejvyšší gradient elektrického pole, a který přechází do jiskty s následnou destrukcí inkriminované části nožové elektrody. Při akustickém buzení lze dosáhnout a stabilně udržet různá stádia výboje a stability hoření výboje v celé šířce ostří nožové elektrody JT.It can be seen that in the absence of an acoustic field, the discharge closes from only one point of the knife electrode blade 11, which has the highest electric field gradient relative to the common wire electrode 10, and which translates into a spark with subsequent destruction of the affected portion of the knife electrode. During the acoustic excitation, different stages of the discharge and the flame stability of the discharge can be achieved and stably maintained over the whole width of the blade electrode JT.
Za účelem studia ovlivňování výboje spočívajícím v interakci výboje s oscilacemi akustické vlny v oblasti výboje bylo vytvořeno experimentální zařízení, odpovídající schématu na obr.1. V tomto uspořádání byla vzdálenost mezi ostřím ocelové nožové elektrody JT, kterou tvořila žiletka o tloušťce 0,15 mm, a drátovou elektrodou JO o průměru vodiče 1,4 mm, rovna 10,7 mm aIn order to study the influence of the discharge by the interaction of the discharge with the oscillations of the acoustic wave in the area of the discharge, an experimental device corresponding to the scheme in Fig. 1 was created. In this arrangement, the distance between the blade of the steel knife electrode JT, which consisted of a 0.15 mm blade, and the wire electrode JO with a conductor diameter of 1.4 mm, was 10.7 mm and
-4CZ 304836 B6 délka ostří 37 mm. Akustická vlna byla buzena elektroakustickými měniči BC 6MD38-8 z generátoru Agilent 33250A jehož, výkon byl zesílen pomocí zesilovače Mackie M 1400.-4GB 304836 B6 37 mm blade length. The acoustic wave was excited by the BC 6MD38-8 electroacoustic transducers from the Agilent 33250A generator whose power was boosted by the Mackie M 1400 amplifier.
Uvedené uspořádání umožňuje umístit další nožové elektrody 1_1 symetricky k rovině uzlu akustického tlaku kolem vnitřního obvodu výbojové komory i, a drátovou elektrodou W umístit do osy výbojové komory I. Ostří těchto nožových elektrod 11 pak má stejnou vzdálenost ke společné drátové elektrodě 10. Každá z nožových elektrod lije připojena k vysokonapěťovému zdroji 13 přes svůj vlastní odpor 12. Mechanismus funkce u dvou či více nožového uspořádání je naprosto stejný jako v již popsaném uspořádání typu jedna nožová elektroda 11 proti drátové elektrodě 10. Výhodou je podstatné zvětšení objemu výboje a větší zaplnění objemu rezonátoru výbojem.Said arrangement makes it possible to place further knife electrodes 11 symmetrically to the plane of the sound pressure node around the inner periphery of the discharge chamber 1, and to place the wire electrode W in the axis of the discharge chamber I. The cutting edge of these knife electrodes 11 then has equal distance to the common wire electrode 10. The mechanism of operation in two or more knife arrangements is exactly the same as in the previously described one knife electrode 11 arrangement against the wire electrode 10. The advantage is a substantial increase in the discharge volume and a larger filling of the resonator volume. discharge.
Průmyslová využitelnostIndustrial applicability
Působením stojatých akustických vln generovaných ve výbojové komoře na prostředí ionizované výbojem vytvořeným mezi nožovou a drátovou elektrodou se zvyšuje proudový rozsah, pro který se výboj víceméně nemění, dovoluje podstatné zvýšení elektrického výkonu dodávaného do výboje aje zdrojem vysoce reaktivního plazmatu v komoře což přináší nové perspektivy pro uplatnění v environmentálních aplikacích jako je například rozklad těkavých organických sloučenin a generace ozónu.The effect of the standing acoustic waves generated in the discharge chamber on the environment ionized by the discharge formed between the knife and wire electrode increases the current range for which the discharge is more or less unchanged, allows a significant increase in the electrical power supplied to the discharge and provides a highly reactive plasma source in the chamber. for environmental applications such as volatile organic compounds decomposition and ozone generation.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2013-736A CZ304836B6 (en) | 2013-09-24 | 2013-09-24 | Device with acoustically stabilized electric discharge |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2013-736A CZ304836B6 (en) | 2013-09-24 | 2013-09-24 | Device with acoustically stabilized electric discharge |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2013736A3 CZ2013736A3 (en) | 2014-11-26 |
| CZ304836B6 true CZ304836B6 (en) | 2014-11-26 |
Family
ID=51939028
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2013-736A CZ304836B6 (en) | 2013-09-24 | 2013-09-24 | Device with acoustically stabilized electric discharge |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ304836B6 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3113582A1 (en) | 2015-07-01 | 2017-01-04 | Ceské vysoké ucení technické v Praze | Stabilized and homogenized source of non-thermal plasma |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5306987A (en) * | 1993-03-11 | 1994-04-26 | General Electric Company | Acoustic resonance arc stabilization arrangement in a discharge lamp |
| CZ295687B6 (en) * | 2004-02-05 | 2005-09-14 | České Vysoké Učení Technické V Praze, Fakulta Elek | Ozone generation apparatus |
| JP2009262056A (en) * | 2008-04-25 | 2009-11-12 | Univ Nihon | Method for accelerating chemical reaction in discharge plasma |
| CZ301823B6 (en) * | 2009-10-06 | 2010-06-30 | Ceské vysoké ucení technické v Praze, | Device to stabilize discharges in multielectrode systems |
| CZ303615B6 (en) * | 2011-11-14 | 2013-01-09 | Ceské vysoké ucení technické v Praze Fakulta elektrotechnická | Acoustic resonator combined with electrical discharges |
-
2013
- 2013-09-24 CZ CZ2013-736A patent/CZ304836B6/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5306987A (en) * | 1993-03-11 | 1994-04-26 | General Electric Company | Acoustic resonance arc stabilization arrangement in a discharge lamp |
| CZ295687B6 (en) * | 2004-02-05 | 2005-09-14 | České Vysoké Učení Technické V Praze, Fakulta Elek | Ozone generation apparatus |
| JP2009262056A (en) * | 2008-04-25 | 2009-11-12 | Univ Nihon | Method for accelerating chemical reaction in discharge plasma |
| CZ301823B6 (en) * | 2009-10-06 | 2010-06-30 | Ceské vysoké ucení technické v Praze, | Device to stabilize discharges in multielectrode systems |
| CZ303615B6 (en) * | 2011-11-14 | 2013-01-09 | Ceské vysoké ucení technické v Praze Fakulta elektrotechnická | Acoustic resonator combined with electrical discharges |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Rat V; Coudert J: Acoustic stabilization of electric arc instabilities in nontransferred plasma torches, Applied Physics Letters, Vol 96, Nr. 10, Pg. 101503, 08.03.2010 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3113582A1 (en) | 2015-07-01 | 2017-01-04 | Ceské vysoké ucení technické v Praze | Stabilized and homogenized source of non-thermal plasma |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2013736A3 (en) | 2014-11-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| IL257700A (en) | Gridded ion thruster with integrated solid propellant | |
| CN108322983B (en) | Floating electrode reinforced dielectric barrier discharge dispersion plasma jet generating device | |
| CN110741736A (en) | Apparatus for generating a non-thermal atmospheric pressure plasma | |
| US20230061133A1 (en) | Device for treatment of liquids and the method of treatment of liquids with use of this device | |
| CZ304836B6 (en) | Device with acoustically stabilized electric discharge | |
| CZ2009654A3 (en) | Device to stabilize discharges in multielectrode systems | |
| CZ303615B6 (en) | Acoustic resonator combined with electrical discharges | |
| CZ26283U1 (en) | Device with acoustically stabilized electrical discharge | |
| EP3113582B1 (en) | Stabilized and homogenized source of non-thermal plasma | |
| KR101692218B1 (en) | Dielectric barrier plasma generation device for removing volatile organic compounds and method for removing them using same | |
| CZ23227U1 (en) | Acoustic resonator combined with electrical discharges | |
| CZ24158U1 (en) | Audio resonator with stabilized electric discharge | |
| CZ28788U1 (en) | Stabilized and homogenized source of nonthermal plasma | |
| CZ20387U1 (en) | Device to stabilize multielectrode discharges under atmospheric pressure in streamer mode | |
| Laroussi et al. | Cold atmospheric pressure plasma sources for cancer applications | |
| CZ2004200A3 (en) | Ozone generation device | |
| Balek et al. | Hartmann ultrasound generator combined with electrical discharge | |
| RU2334302C2 (en) | Microwave crossed-field oscillator | |
| JP2010525534A (en) | Electrode for plasma generator | |
| RU2472246C1 (en) | Source of ionisation based on barrier discharge | |
| Bálek et al. | Acoustic waves effect on the generation of nitrogen oxides by corona discharge in air | |
| Hübner et al. | Effect of structured electrodes and electrode materials on electron power absorption and helium metastable densitiy in microplasma jets driven by tailored voltage waveforms | |
| Balek et al. | Stabilization of Multi-needle-to-Plate Electrical Discharges in a High-intensity Sound Field | |
| CZ19123U1 (en) | Electric discharge reactor | |
| RU2387040C1 (en) | Shf generator based on radial beam |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20190924 |